現在の水処理技術システムでは、生物分解と物理的濾過の統合により、生物学的曝気フィルター (BAF) が都市下水および一部の工業廃水の高度処理の主流の選択肢の 1 つとなっています。 BAF法は従来の活性汚泥法に比べ、設置面積がコンパクトで処理効率が高く、排水水質が安定しています。しかし、その動作条件を科学的に制御することが、治療効果と手術費用に直接影響します。この記事では、エンジニアリング アプリケーションと実験データを組み合わせて、BAF プロセスの運用と制御の重要なポイント、特に負荷、水空気比、逆洗、運用管理に関する重要なパラメータを詳しく分析し、水処理の専門家がこのプロセスをよりよく理解して適用するのに役立つデータ主導の参考資料を提供します。-
I. BAF プロセス操作のコアパラメータ – 負荷
BAF の設計と運用において、負荷は最も重要な制御要素です。 2 つの一般的な負荷指数には、油圧負荷と体積負荷が含まれます。容積負荷は多くの場合 BOD₅、NH₃-N、または NO₃-N であり、操作目的が異なれば異なる負荷が必要になります。
炭化BAFは最高の体積充填率を可能にし、より高い有機物濃度に耐えることができます。硝化 BAF の充填率は比較的低く、アンモニア態窒素の除去はより長い保持時間とより安定した溶存酸素の供給に依存します。脱窒 BAF では、窒素除去効率を維持するためにより高い水力負荷率が必要です。プロセスの最適化は、エンジニアリング プロジェクトにおける実際の排水目標に基づいて実行する必要があります。たとえば、高負荷炭化操作は、主に有機物の除去を目的として産業廃水に使用できますが、都市廃水からのアンモニア態窒素の除去には、体積負荷率を下げる必要があります。さらに、下降流 BAF は通常、より低い負荷率を使用しますが、上昇流 BAF はより高い負荷率を使用できます。
II.空気-対-水の比率 – 窒素除去効率に影響を与える重要な要素
従来の活性汚泥プロセスと比較して、BAF は物質移動条件が良好で酸素利用率が高いため、空気対水の比率を比較的低く抑えることができます。{0}{1}研究によると、1 kg の BOD₅ を除去するには、0.42 ～ 0.8 kg の O₂ の酸素供給が必要です。 BAF の平均酸素供給量は約 0.51 kg O2/kg BOD で、従来の活性汚泥プロセスの 1.0 ～ 1.2 kg O2/kg BOD よりもはるかに低いです。
炭化 BAF の操作では、従来の空気-対-水の比率は（3–7）:1 です。アンモニア態窒素の除去が主な目的の場合、1 kg の NH3-N を除去するのに必要な空気供給量は約 70 m3 です。これは、BAF が十分な溶存酸素を確保しながら曝気エネルギー消費を効果的に削減できることを意味し、これが大きな利点です。ただし、工学的には、空気対水の比率が低すぎると濾床内の酸素欠乏が生じ、硝化効率が低下する可能性があることに注意することが重要です。空気-対-水の比率が高すぎると、エネルギー消費が増加し、濾材と生物膜の安定性に影響を与える可能性があります。
Ⅲ．逆洗の強度と頻度 - 濾床の活性を確保する
一定期間の運転後、懸濁物質の捕捉とバイオフィルムの肥厚により濾床が詰まる可能性があります。したがって、逆洗は必須の操作ステップです。現在、一般的に使用されている方法は空気水逆洗を組み合わせたものです。{2}
IV.運用中に考慮すべきその他の問題
1.SS制御
懸濁物質が濾床に詰まるのを防ぐために、流入水 SS は 60 ～ 100 mg/L 未満に制御する必要があります。一般的な前処理手段には、沈降または浮選が含まれます。そうしないと、濾床内の圧力損失が増加するだけでなく、逆洗の負担も増加します。
2. 逆洗排水返送時の衝撃荷重
逆洗のサイクルが短く強度が高いため、戻り水が前処理装置に直接入ると衝撃荷重が発生しやすくなります。{0}}解決策としては、水量や水質の変動を緩衝する平衡化タンク（中間緩衝タンク）を設置すること。逆洗時間を合理的にスケジュールして、ピーク流入流量との重複を回避します。
3. リン除去と消毒の相乗的問題
高度な処理や再生水の再利用では、BAF は化学的リン除去および消毒ユニットと直列に使用されることがよくあります。以下の点に特別な注意を払う必要があります。過剰な鉄塩やアルミニウム塩が生物活性を阻害する可能性など、バイオフィルムに対する化学物質の影響。逆洗方式と消毒残留物を組み合わせて二次汚染を回避します。
結論として、BAF（Body Fluidization）は高効率とコンパクト性を兼ね備えたプロセスであり、高度な都市排水処理、産業排水処理、再生水利用に広く使用されています。ただし、それは「万能薬」ではありません。その最大限の効果は、運用と制御におけるサイト固有の洗練された管理によってのみ達成できます。{2}負荷制御により、治療目標を達成できるかどうかが決まります。空気-と-水の比率の調整は、エネルギー消費と窒素除去効率に関係します。逆洗は長期的な安定した運転を維持するための核心です。- SS（懸濁物質）と戻り水の管理は、システムの健全な動作を確保するための「隠れた条件」です。将来的には、スマート水管理と自動制御技術の発展により、BAF の運用と制御はより洗練され、インテリジェントになり、グリーンおよび低炭素水処理システムにおける BAF の役割はますます重要になるでしょう。-